Введение к работе
Актуальность работы. Реконструкция шахт и подготовка новых горизонтов во зсех горно-добывающих районах' страны требуют проведения значительных объемов горизонтальных выработок. Так, в 1990г. было пройдено квершлагов 56,6км., полевых штреков 34,1 км., в 1991г. соответственно 45,8 и 29,3 км.
С увеличением глубины разработки значительно возрастают площади поперечных :ечений выработок по условиям проветривания и транспорта. Уже сейчас средние сечения . горизонтальных выработок, в которых работают погрузочные машины, составляют 17,0 -19,0м2 в свету, а в отдельных случаях - 22,0 - 26,0м2. По прогнозу к 2000 году таких выработок будет не менее 50% от общего числа.
В проектах строительства и реконструкции шахт принимаются иногда заниженные поперечные сечения горных выработок, в результате чего создаются опасные условия груда при их проведении из-за невозможности размещения в них разминовок и отсутствия необходимых зазоров между крепью и проходческим оборудованием, а также не обеспечивается их поддержание в течении всего срока службы в соответствии с требованиями Правил безопасности. По данным воздушно-депрессионных съемок служб ВГСЧ, на ряде шахт Кузбасса имеются случаи значительного превышения допустимых Правилами безопасности скоростей движения воздуха по выработкам из-за недостаточного поперечного сечения воздухоподающих выработок. Фактические площади поперечных сечений некоторых пройденных выработок Scb=10-15m2, а необходимые по условиям проветривания площади Scb=20-28m2.
Наметилась тенденция увеличения поперечного сечения протяженных горизонтальных выработок до 30м2 в проходке на шахтах России и за рубежом. Необходимость увеличения площади поперечного сечения выработок диктуется природными и техническими факторами: увеличением глубины заложения выработок и ростом газообильности; растущими грузопотоками и отдаленностью разрабатываемых шахтных полей; использованием высокопроизводительной очистной и проходческой техники.
В связи с изложенным, изыскание путей совершенствования технологии проведения горизонтальных капитальных горных выработок увеличенных поперечных сечений является актуальной научной задачей.
Диссертационная работа является составной частью научно - исследовательских работ института: 271333"Исследовать операции проходческого цикла и усовершенствовать методику проектирования технологии проведения горизонтальных выработок"; 15002"Разработать технологические карты проведения горизонтальных горных выработок сечением в проходке более 18м2; 2701502004"Произвести привязку технологических схем к конкретным горно-техническим условиям шахт Кузбасса и Караганды и внедрить технологию и организацию проходки горизонтальных и наклонных выработок большого сечения"; 2792051 "Оказать техническую помощь при внедрении технологических карт проведения горизонтальных и наклонных горных выработок на объектах ВПО "Кузбассуголь"; 271163050"Разработать для перспективных угольных шахт РФ типовые схемы оснащения, технологии, механизации и организации проходки забоев выработок большого ( свыше 20м2) сечения".
Цель работы - обоснование параметров технологии проведения горизонтальных капитальных горных выработок увеличенного поперечного сечения, обеспечивающих повышение скорости, производительности труда и снижение стоимости проходческих работ.
Идея работы заключается в установлении и учете влияния качественных и количественных характеристик горнопроходческого оборудования, крепости пород и горно-технических факторов на параметры технологии проведения горизонтальных капитальных горных выработок.
Задачи исследований:
- разработать экономико-математическую модель технологии проведения горизонтальных капитальных горных выработок увеличенного поперечного сечения,
учитывающую особенности эксплуатации проходческих машин при работе в выработка; увеличенного поперечного сечения;
- - установить зависимости скорости и стоимости проведения выработок с эксплуатационной производительности проходческого оборудования, крепости пород і горно-технических факторов;
'"!- разработать технологические решения по совершенствованию проведения выработок увеличенного поперечного сечения. Методы исследований:
- анализ и обобщение результатов научных исследований и производственного
опыта;
.... - - экономико-математическое моделирование параметров технологии проведенш горизонтальных горных выработок;
- методы математической статистики обработки экспериментальных натурны? данных при определении эксплуатационной производительности проходческих машин і удельных трудозатрат на проведение выработок;
, . - широкомасштабные хронометражные наблюдения. Научные положения, выносимые на защиту:
- в целевых функциях скорости и стоимости проведения выработка
эксплуатационная - производительность проходческих машин определяется
дифференцированно в зависимости от их типов и зависит линейно от технической
производительности, поперечного сечения выработки, . крепости пород, объема
транспортных средств и удельных трудозатрат на обмен транспортных средств;
зависимость, скорости проведения выработки от крепости пород имеет полиномиальный характер, причем при малой крепости пород (f=3-5) максимальные скорости (110-150м/мес) достигаются при применении в одном забое двух бурильных установок БУЭ-2, ддух погрузочных машин ІППН-5, при большой крепости пород (f=7-І0)>максимальная скорость (75-95м/мес) достигается применением двух бурильных установок УБШ-308 (БКГ-2), а при крепости пород в диапазоне f=5-7 применение этих типов машин дает одинаковую скорость;.
минимальная стоимость проведения выработки (при крепости пород f<5) достигается при применении двух бурильных установок БУР-2, двух погрузочных машин 1ППН-5 и вагонеток ВГ-3,3, а при большей крепости пород - достигается при применении двух бурильных установок УБШ-308 (БКГ-2), двух погрузочных машин 2ПНБ-2 и вагонов ВПК-10;
- эффективность применения технологических схем (карт) проведения выработок
увеличенного поперечного сечения определяется набором технологического
проходческого оборудования, способами погрузки горной массы, схемами обмена
транспортных средств с обеспечением расположения симметричных стрелочных
переводов на расстоянии 70-140м от забоя.
Научная новизна заключается:
- ..в построении экономико-математической модели проведения выработки,
предполагающей, дифференцированный подход к типам проходческих машин и
учитывающей изменение физического процесса погрузки породы, изменение схемы
обмена транспортных средств при увеличении поперечного сечения выработки;
- в установлении рациональных комплектов проходческого оборудования,
обеспечивающих максимальные скорости и минимальные стоимости проведения
выработок- в зависимости от горно-геологических и горно-технических условий;
. - в , классификации способов погрузки, обмена транспортных средств и установления их расположения в выработке.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована:
- представительными натурными исследованиями в горизонтальных горных
выработках шахт Кузнецкого, Карагандинского, Донецкого и Печорского бассейнов;
. - высокой,;, значимостью уравнений регрессии эксплуатационных производллельностей горно-проходческих машин, скорости и стоимости проведения
горизонтальных капитальных горных выработок увеличенного поперечного сечения (критерий Фишера выше табличного);
хорошей степенью сходимости скоростей проведения горизонтальных капитальных горных выработок, определенных на основе моделирования, и скоростей, полученных при внедрении технологических карт (погрешность не превышает 12%);
положительными результатами внедрения разработанных "Типовых технологических карт проведения горизонтальных выработок сечением в проходке более 18м2 буровзрывным способом" и фактическим экономическим эффектом от их внедрения. Экономический эффект составляет 963,9 тыс.руб. в ценах 1994г.
Научное значение диссертационной работы заключается в разработке экономико-математической модели технологии проведения горизонтальных горных выработок увеличенного поперечного сечения с учетом крепости пород, горно-технических факторов и эксплуатационных характеристик проходческих машин, позволяющей установить рациональные области применения комплектов проходческого оборудования и перспективы совершенствования технологии их проведения.
Практическое значение работы заключается в разработке технологических решений и обоснование параметров технологии проведения горизонтальных капитальных горных выработок увеличенного поперечного сечения, обеспечивающих повышение скорости проведения выработок, увеличение производительности груда и снижение стоимости проходческих работ на угольных шахтах на 25-50%.
Реализация работы. Результаты работы внедрены в следующих нормативно-технических документах:
альбом "Технологические схемы проведения горизонтальных протяженных горных выработок сечением в проходке более 18-20м2 и наклонных стволов". Кузниишахтострой.- Кемерово, 1979.-190с;
альбом "Типовые технологические карты проведения горизонтальных горных выработок сечением в проходке более 18м2 буровзрывным способом" (PI 12.13.024-84)/ . Кузниишахтострой.- Кемерово, 1984.-235с;
технологические карты "Возведение гладкостенной тюбинговой крепи (ГТК) при сооружении капитальных горных выработок и сопряжений, запроектированных по типовому проекту 401-011-60". Кузниишахтострой.-Кемерово, 1983.-53с;
альбом "Технологические карты проведения квершлагов и полевых штреков с обменом вагонеток в призабойной зоне маневровыми лебедками". Кузниишахтострой.-Кемерово, 1984.-100с;
- технологическая схема проведения горизонтальных выработок сечением в
проходке более 18-20м2 с применением металлической арочной крепи, буропогрузочной
машины 2ПНБ-2, бурильной установки БУЭ-1 для условий шахты "Казахстанская"
темпами 200м/мес. Кузниишахтострой.-Кемерово, 1980.-19с.
Технологические схемы (карты) реализованы в виде проектов организации работ на проведении 20 выработок 13 шахт Кузнецкого и Карагандинского угольных бассейнов с общей протяженностью выработок 12187 км. Средняя скорость проведения выработок по бассейнам увеличилась на 25-50% и составила 87м/мес. Экономический эффект от увеличения скорости проведения за счет снижения общешахтных и накладных расходов, приходящийся на долю автора, составляет 963,9 тыс.руб. (в ценах 1984 года).
Апробаиия работы . Основное содержание диссертации и ее отдельные разделы докладывались и получили одобрение на областных научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов (г. Кемерово, Кузниишахтострой, 1981, 1983, 1985), на Всесоюзной конференции по применению гладкостенной тюбинговой крепи при іроведении капитальных горных выработок в Кузбассе (г.Новокузнецк, 1980 г.), на Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов угольной промышленности г.Люберцы, ИГД им. А.А.Скочинского, 1983 г.), на Всесоюзном научно-техническом ;овешании "Совершенствование организации и технологии проведения горизонтальных и іаклонньїх капитальных горных выработок" (г.Павлоград, 1983 г.), на Всесоюзном іаучно-техническом совещании "Научно-технические проблемы ускорения строительства -ювых горизонтов, проведение горных выработок в условиях глубоких шахт" (г. Донецк,
1985 г.), на расширенном заседании кафедры СПСиШ КузПИ (г. Кемерово, 1985, 199 гг.), на научных семинарах в Московском ордена Трудового Красного Знамени горно; институте (1987 г.), на Ученых советах в институте "Кузниишахтострой" (1987, 1997 гг.).
Публикаиии. По теме диссертационной работы опубликовано 25 печатных работ.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глаї заключения, списка литературы из 164 наименований и изложена на 210 страница; включая 18 таблиц, 46 рисунков и 7 приложений на 17 страницах.
Автор выражает признательность д.т.н., профессору В.А.Хямяляйнену з методическую помощь при выполнении работы.
